Perspektiver

Em materiais metálicos a fratura caracterizada como frágil é plana, com pouca ou, em alguns casos, nenhuma deformação plástica e apresenta, muita vezes, uma aparência fibrosa e granular (Figura 12a). Neste caso, o consumo de energia no momento da fratura é baixo e a trinca se propaga de forma instável. Já nas fraturas dúcteis, o consumo de energia é elevado, com uma propagação da trinca estável e uma deformação plástica significativa, que faz com que a superfície de fratura apresente um aspecto fosco, sendo muito comum a formação de lábios de cisalhamento nas regiões periféricas (Figura 12b) (HULL, 1999; KERLINS; PHILLIPS, 1992).

(a) (b)

Figura 12 – Superfícies de fratura em material metálico: (a) frágil; (b) dúctil.

Os micromecanismos, atuantes em alguns materiais, podem mudar em função da temperatura e da triaxialidade de tensões presentes no momento da fratura, pois o processo de deformação plástica é amplamente influenciado por estes fatores. Sendo assim, em condições severas de triaxialidade de tensões, o comportamento da fratura pode mudar de dúctil para frágil, devido à diminuição da zona plástica na ponta da trinca (BECKER; LAMPMAN, 2002).

Alguns dos micromecanismos presentes na fratura em materiais metálicos são: clivagem, fratura dúctil por coalescimento de microcavidades (alvéolos ou dimples), fratura intergranular, entre outros.

A fratura por clivagem consiste na quebra das ligações atômicas ao longo de planos cristalográficos específicos e acontece de maneira rápida, apresentando baixa deformação plástica. Como em materiais metálicos policristalinos há diferentes direções dos planos cristalográficos, este tipo de fratura acontece de maneira transgranular e a propagação da clivagem muda de direção quando encontra um contorno de grão. Essas mudanças de direção fazem com que surjam superfícies de fratura facetadas (ANDERSON, 1995; HULL,1999).

As “marcas de rio” são uma das características de fratura por clivagem, através da qual é possível determinar a direção de propagação da trinca. São formadas a partir de degraus de clivagem entre planos paralelos e sempre convergem na direção da propagação local da trinca (Figura 13) (BECKER; LAMPMAN, 2002; JASSEN; ZUIDEMA; WANHILL, 2006).

Figura 13 – Fratura por clivagem – apresentando “marcas de rio” (BECKER; LAMPMAN, 2002).

Outro micromecanismo encontrado em materiais metálicos é a fratura dúctil por coalescimento de microcavidades, conhecidas como alvéolos ou dimples. Estas microcavidades iniciam seu processo de nucleação em regiões que apresentam descontinuidades internas, tais como precipitados, partículas intermediárias e contornos de grãos (Figura 14) (DAS; TARAFDER, 2008).

Características dos dimples tais como forma, tamanho e orientação, fornecem informações sobre o modo de propagação da trinca, assim como a triaxialidade de tensões presentes na fratura. Em modo I de carregamento (tração), os dimples apresentam forma

equiaxial, enquanto que, em modo II e III, abertura da trinca em modo de cisalhamento, o formato é elíptico ou parabólico (JASSEN; ZUIDEMA; WANHILL, 2006).

Figura 14 – Fratura dúctil – “ dimples” (DAS; TARAFDER, 2008).

A fratura intergranular é mais um dos micromecanismos que podem estar presentes nas fraturas de materiais metálicos, sendo que, neste caso, a propagação da trinca acontece nos contornos dos grãos, separando-os (Figura 15) (LAMPMAN, 2002).

Os contornos dos grãos são regiões onde há uma grande ocorrência de defeitos, como vazios e discordâncias, e é onde, normalmente, as impurezas se segregam. E, ainda, os contornos dos grãos podem ser fragilizados devido à precipitação de fases frágeis, por hidrogênio ou metais líquidos ou por exposição a ambientes agressivos (JASSEN; ZUIDEMA; WANHILL, 2006).

A fratura intergranular não é facilmente identificada quando a superfície é analisada macroscopicamente, pois possui a mesma aparência de uma fratura transgranular, apresentando, também, estruturas facetadas (JASSEN; ZUIDEMA; WANHILL, 2006).

Há algumas fraturas em que os micromecanismos atuantes não são tão específicos como os descritos até o momento, apresentando uma fratura mista. Um exemplo disto é a fratura por quase clivagem que apresenta superfícies facetadas envoltas por alvéolos e bordas de cisalhamento. Porém, na quase clivagem, as facetas originam-se na região central e se dirigem para as bordas (Figura 16) (BECKER; LAMPMAN, 2002; KERLINS; PHILLIPS, 1992).

Figura 16 – Fratura por quase clivagem (BECKER; LAMPMAN, 2002).

O micromecanismo de quase clivagem é facilmente encontrado em fraturas de aços inoxidáveis austeníticos, em algumas ligas de níquel e de titânio (KERLINS; PHILLIPS, 1992).

Por último, é importante mencionar a fratura por fadiga, já que este micromecanismo é responsável por grande parte das falhas que ocorrem em materiais metálicos (CALLISTER, 2011).

A fratura por fadiga se caracteriza pela nucleação e propagação da trinca, ocasionadas por carregamentos cíclicos e dinâmicos. A tensão aplicada no material é menor que o limite de resistência à tração e, menor que o limite de escoamento do material (LEE; HATHAWAY; BARKEY, 2005).

Na maioria das vezes, a nucleação da trinca no processo de fadiga tem sua origem na área externa do material, a partir de concentradores de tensões, que vão desde um entalhe, até

mesmo um arranhão. O próximo estágio do processo é a propagação da trinca de maneira estável até que esta atinja um tamanho crítico, onde a intensidade do campo de tensões ultrapassa o valor crítico e a trinca se propaga de maneira instável, ocasionando a falha do material (LUND; SHEYBANY, 2002).

Analisando, microscopicamente, a superfície de fratura por fadiga, observa-se a presença de estrias formadas durante a propagação da trinca, durante cada ciclo de carregamento (Figura 17), sendo que, as estrias apresentam orientações perpendiculares à direção de propagação da trinca. Porém, não são todos os materiais que possuem esta característica microscópica bem definida, pois a formação das estrias encontra-se ligada a fatores como resistência mecânica, microestrutura e plasticidade do material (KERLINS; PHILLIPS, 1992; LUND, SHEYBANY, 2002).

Figura 17 – Fratura por fadiga (LUND; SHEYBANY, 2002).

Estrias de fadiga